Le filtrage par rotation pourrait être la clé pour accélérer, commutation plus économe en énergie dans la future technologie spintronique, permettant la détection du spin par des moyens électriques plutôt que magnétiques.

Un article de l'UNSW publié le mois dernier démontre la détection du spin à l'aide d'un filtre de spin pour séparer l'orientation du spin en fonction de leurs énergies.

Ultra-rapide, Les dispositifs « spintroniques » à très faible consommation d'énergie sont un au-delà de la technologie CMOS.

Détection du spin par voie électrique dans la future spintronique

Le domaine émergent des dispositifs spintroniques utilise le degré de liberté supplémentaire offert par le spin quantique des particules, en plus de sa charge, permettant ultra-rapide, calcul ultra-basse énergie.

La clé est la capacité de générer et de détecter la rotation lorsqu'elle s'accumule à la surface d'un matériau.

L'objectif des chercheurs est de générer et de détecter le spin par des moyens électriques, plutôt que des moyens magnétiques, parce que les champs électriques sont beaucoup moins coûteux en énergie à générer que les champs magnétiques.

La spintronique à haut rendement énergétique dépend à la fois de la génération et de la détection du spin par des moyens électriques.

Dans les systèmes semi-conducteurs fortement couplés spin-orbite, La génération de spin entièrement électrique a déjà été démontrée avec succès.

Cependant, la détection de la conversion spin-charge a toujours requis une large gamme de champs magnétiques, limitant ainsi la vitesse et la praticité.

Dans cette nouvelle étude, Les chercheurs de l'UNSW ont exploité les interactions non linéaires entre l'accumulation de spin et les courants de charge dans les trous d'arséniure de gallium, démontrant une conversion de spin-à-charge entièrement électrique sans avoir besoin d'un champ magnétique.

"Notre technique promet de nouvelles possibilités de détection rapide de spin dans une grande variété de matériaux, sans utiliser de champ magnétique, " explique l'auteur principal, la Dre Elizabeth Marcellina.

Précédemment, la génération et la détection de l'accumulation de spin dans les semi-conducteurs ont été réalisées par des méthodes optiques, ou via le couple effet Hall spin-effet Hall spin inverse.

Cependant, ces méthodes nécessitent une grande longueur de diffusion de spin, ce qui signifie qu'ils ne sont pas applicables aux matériaux fortement couplés spin-orbite avec une courte longueur de diffusion de spin.

Filtrage de spin tout électrique

L'étude UNSW introduit une nouvelle méthode de détection de l'accumulation de spin - en utilisant un filtre de spin, qui sépare différentes orientations de spin en fonction de leurs énergies.

Typiquement, les filtres de spin reposent sur l'application de champs magnétiques importants, ce qui est peu pratique et peut interférer avec l'accumulation de spin.

Au lieu, l'équipe UNSW a exploité les interactions non linéaires entre l'accumulation de spin et la charge, qui facilitent la conversion de l'accumulation de spin en courants de charge même à champ magnétique nul.

"En utilisant la balistique, des trous mésoscopiques à l'arséniure de gallium comme système modèle pour les matériaux fortement couplés spin-orbite, nous avons démontré une conversion spin-charge non linéaire qui est entièrement électrique et ne nécessite aucun champ magnétique, " dit l'auteur correspondant A/Prof Dimi Culcer (UNSW).

"Nous avons montré que la conversion spin-charge non linéaire est totalement cohérente avec les données obtenues à partir des mesures de réponse linéaire et est plus rapide de plusieurs ordres de grandeur, " dit l'auteur correspondant, le professeur Alex Hamilton, également à l'UNSW.

Parce que la méthode non linéaire n'a pas besoin d'un champ magnétique ni d'une longue longueur de diffusion de spin, il promet de nouvelles possibilités de détection rapide de l'accumulation de spin dans des matériaux fortement couplés spin-orbite avec de courtes longueurs de diffusion de spin, tels que les TMDC et les matériaux topologiques.

Finalement, la rapidité de la conversion spin-charge non linéaire peut permettre une lecture résolue dans le temps de l'accumulation de spin jusqu'à une résolution de 1 nanoseconde.